DE1264076B

DE1264076B - Photoelectric comparison device for checking the dimensional accuracy of workpieces

Info

Publication number: DE1264076B
Application number: DE1961S0077012
Authority: DE
Inventors: Winfried Piepenbrink; Erwin Sick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-12-06
Filing date: 1961-12-06
Publication date: 1968-03-21

Description

Photoelektrische Vergleichsvorrichtung zur Prüfung der Maßhaltigkeit von Werkstücken Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Vergleichsvorrichtung zur Prüfung der Maßhaltigkeit von Werkstücken, bei welcher ein mit Durchbrüchen versehener oder profilierter Prüfling mit der optischen Abbildung eines Vergleichsnormals zur Deckung gebracht wird und bei der über dem Prüfling ein das vom Prüfling reflektierte Licht auffangender photoelektrischer Empfänger angeordnet ist.Photoelectric comparison device for checking the dimensional accuracy of workpieces The invention relates to a photoelectric comparison device for checking the dimensional accuracy of workpieces, in which a with breakthroughs provided or profiled test specimen with the optical image of a reference standard is brought to congruence and in the case of the one above the test object that reflected from the test object Light intercepting photoelectric receiver is arranged.

Es ist eine lichtelektrische Prüfeinrichtung bekannt, bei der ein Prüfling und ein die Sollmaße aufweisendes Werkstück (Meisterstück) gleichzeitig und gleichphasig unter je einer Schlitzblende bewegt werden, durch welche je ein auf eine Photozelle gelenktes Lichtbündel fällt (deutsche Patentschrift 867757). There is known a photoelectric test device in which a The test object and a workpiece (masterpiece) having the nominal dimensions at the same time and are moved in phase under a slit diaphragm through which a Light beam directed onto a photocell falls (German patent specification 867757).

Aus der Gleichheit der auf die Photozelle treffenden Lichtströme wird auf die Maßhaltigkeit des Prüflings geschlossen. Eine solche Vorrichtung erfordert eine relativ lange Prüfzeit und einen erheblichen technischen Aufwand, da der Prüfling und das Meisterstück in zwei Koordinaten relativ zu den abtastenden Lichtstrahlen mit großer Genauigkeit bewegt werden müssen.The equality of the luminous flux hitting the photocell becomes closed on the dimensional accuracy of the test object. Such a device requires a relatively long test time and a considerable technical effort, since the test object and the masterpiece in two coordinates relative to the scanning light rays must be moved with great accuracy.

Es ist ferner bekannt, zur Prüfung von profilierten Körpern, die mit Bohrungen oder Durchbrüchen versehen sind, ein Vergleichsnormal in Form einer Schablone, die ein Negativ des Prüflings darstellt, auf diese zu projizieren (deutsche Patentschrift 603 117). It is also known to test profiled bodies that are provided with bores or breakthroughs, a comparison standard in the form of a Template, which represents a negative of the test item, to be projected onto it (German Patent specification 603 117).

Ist der Prüfling zu klein oder eine Bohrung zu groß, so fällt Licht auf eine hinter dem Prüfling angeordnete Photozelle und löst ein Signal aus. Auf diese Weise können nur Fehler festgestellt werden, die in einem Fehlen von Material bestehen, d. h. zu kleine Werkstücke oder zu große Bohrungen. Da die Feststellung sogenannter positiver Fehler, d. h. zu große Werkstücke bzw. fehlende oder zu kleine Bohrungen, mindestens ebenso wichtig ist, wurde weiterhin bereits vorgeschlagen, statt einer Negativschablone eine Schablone zu verwenden, die lediglich die Umrißkonturen in Form eines durchsichtigen Streifens von der Breite des Toleranzgewichtes aufweist.If the test item is too small or a hole is too big, light falls on a photocell located behind the test object and triggers a signal. on in this way, errors can only be detected in the absence of material exist, d. H. Workpieces that are too small or bores that are too large. Since the finding so-called positive error, d. H. Workpieces that are too large or missing or too small Drilling, which is at least as important, has also been suggested instead of a negative stencil to use a stencil that only shows the outline contours in the form of a transparent strip of the width of the tolerance weight.

Dieser Streifen ist so bemessen, daß die Hälfte des Lichtes am Prüfling vorbei bzw. durch diesen hindurch tritt und auf die erwähnte Photozelle fällt. Der andere Teil des Lichtes wird vom Prüfling reflektiert und fällt auf eine über ihm angeordnete Zelle. Ist der Prüfling zu groß, so erhält die obere Zelle mehr Licht, in anderen Fall die untere Zelle. Aus dem Gleichgewicht der Photoströme wird auf die Maßhaltigkeit des Prüflings geschlossen.This strip is dimensioned so that half of the light on the test object passes or through this and falls on the mentioned photocell. Of the other part of the light is reflected by the test object and falls on one above it arranged cell. If the test item is too big, the upper cell receives more light, in the other case the lower cell. The equilibrium of the photocurrents becomes on the dimensional accuracy of the test object closed.

Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß negative Meßfehler an einer Stelle durch positive Fehler an anderer Stelle kompensiert werden und kein Fehler angezeigt wird. Ist beispielsweise ein Loch um weniger als die Hälfte des Durchmessers verbohrt, so fällt mehr noch etwa gleich viel Licht durch dieses Loch wie auf seinen Rand. Es ist also keine eindeutige Feststellung positiver Fehler möglich. This device has the disadvantage that negative measurement errors on a Position can be compensated for by positive errors elsewhere and not an error is shown. For example, a hole is less than half the diameter stubbornly, about the same amount of light falls through this hole as it does on his Edge. So it is not possible to clearly identify positive errors.

Es ist ferner eine Anordnung bekannt, bei welcher ein die Sollmaße aufweisendes Werkstück als Vergleichsnormal dient und auf den Prüfling als Schatten optisch abgebildet wird. Dabei handelt es sich aber um einen rein visuell arbeitenden Profilprojektor. Furthermore, an arrangement is known in which the nominal dimensions exhibiting workpiece serves as a reference standard and on the test object as a shadow is optically mapped. But this is a purely visual one Profile projector.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer photoelektrisch arbeitenden statischen Vergleichsvorrichtung die Feststellung positiver Fehler in eindeutiger Weise zu ermöglichen. The invention is based on the object of a photoelectrically working static comparison device the detection of positive errors in unambiguous way to enable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Vergleichsnormal zur Abbildung in der Prüflingsebene als Schatten ein die Sollmaße aufweisendes Werkstück (10) (Meisterstück) dient und daß, in Richtung des Strahlenganges gesehen, hinter der Prüflingsebene lichtschluckende Elemente (35) angeordnet sind. The object is achieved according to the invention in that as a comparison standard for illustration in the specimen plane as a shadow a workpiece having the nominal dimensions (10) (masterpiece) serves and that, seen in the direction of the beam path, behind the test specimen level light-absorbing elements (35) are arranged.

Durch »positive« Fehler des Werkstückes wird dann Licht von den nicht abgeschatteten Partien auf die Photozelle reflektiert. Die an sich bekannten lichtschluckenden Mittel sorgen dagegen dafür, daß das an dem Werkstück vorbeifallende Licht nicht an Geräteteilen reflektiert wird und auf den photoelektrischen Empfänger gelangen kann. "Positive" errors in the workpiece then do not emit light shaded areas are reflected on the photocell. The well-known light-absorbing Means, on the other hand, ensure that the light falling past the workpiece does not is reflected on parts of the device and reaches the photoelectric receiver can.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und im folgenden beschrieben. An embodiment of the invention is shown in the figures and described below.

Fig. 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vergleichsvorrichtung; F i g. 2 zeigt ein Beispiel eines Prüflings und Meisterstückes, und F i g. 3 und 4 zeigen zwei Arten von Blendenscheiben, welche bei der erfindungsgemäßen Anordnung Verwendung finden können; F i g. 5 veranschaulicht den benutzten telezentrischen Strahlengang. Fig. 1 shows schematically the comparison device according to the invention; F i g. 2 shows an example of a specimen and masterpiece, and FIG. 3 and 4 show two types of diaphragm disks which are used in the arrangement according to the invention Can be used; F i g. 5 illustrates the one used telecentric beam path.

Mit 10 ist ein Meisterstück bezeichnet, welches, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, von einer Scheibe mit vier Löchern 11 bis 14 gebildet wird. Ein Prüfling 15 besteht aus einer Scheibe, die genau gleich dem Meisterstück sein soll, aber bei dem dargestellten Beispiel nur drei Löcher 12', 13' und 14' besitzt. Loch llL' fehlt. Das soll durch die Photozelle angezeigt werden. With 10 a masterpiece is designated which, as shown in FIG. 2 can be seen, is formed by a disk with four holes 11-14. A Test item 15 consists of a disc, which should be exactly the same as the masterpiece, but in the example shown only has three holes 12 ', 13' and 14 '. hole llL 'is missing. This should be indicated by the photocell.

Zu diesem Zweck wird das Meisterstück von einer Lampe 16 durchleuchtet. Die Wendel der Lampe 16 wird durch eine Linse 17 bei 18 abgebildet. In dieser Bildebene rotiert eine Lochscheibe 19 um die Achse 21, so daß das Lichtbündel periodisch unterbrochen wird. Das Lampenbild 18 liegt im Brennpunkt eines Objektivs 22, so daß paralleles Licht auf das Meisterstück 10 und durch dieses hindurchfällt. For this purpose, the masterpiece is illuminated by a lamp 16. The filament of the lamp 16 is imaged through a lens 17 at 18. In this picture plane a perforated disk 19 rotates about the axis 21 so that the light beam is periodically interrupted will. The lamp image 18 is at the focal point of an objective 22, so that parallel Light falls on the masterpiece 10 and through it.

Das Meisterstück 10 liegt in der Brennebene eines Objektivs 23. Der Prüfling 15 liegt in der Brennebene eines zweiten Objektivs 24. Die beiden anderen Brennebenen der Objektive 23 und 24 fallen in einer Ebene 26 zusammen, und in dieser Ebene ist eine Blende mit einer engen Apertur 27 angeordnet. The masterpiece 10 lies in the focal plane of an objective 23 Test object 15 lies in the focal plane of a second objective 24. The other two Focal planes of the objectives 23 and 24 coincide in a plane 26 and in this A diaphragm with a narrow aperture 27 is arranged on the plane.

Auf diese Weise wird das Meisterstück 10 auf den Prüfling 15 abgebildet. Durch die Anordnung der Objektive 23 und 24 und der Blende 27 wird erreicht, daß diese Abbildung mit einer sehr kleinen Apertur erfolgt, so daß sich eine große Tiefenschärfe ergibt und Lagen- oder Dickenunterschiede der Vergleichsobjekte keine Schwierigkeiten bereiten. In Fig. 5 sind diese Verhältnisse für einen Punkt des Meisterstückes 10 veranschaulicht. Man sieht daraus, daß die Blende 27 als Aperturblende für die Abbildung wirkt und daß der Öfinungswinkel des abbildenden Strahlenbündels 28 noch wesentlich kleiner ist als in F i g. 5 eingezeichnet ist. Dadurch, daß das Meisterstück mit parallelem Licht angestrahlt wird, wird aber erreicht, daß trotz der kleinen Apertur praktisch kein Licht verlorengeht, weil ja die Parallelstrahlen im Brennpunkt, also im Zentrum der Blende 27 gesammelt werden. Von der Blende werden somit praktisch nur gestreute oder gebeugte Strahlen ausgeblendet. In this way, the masterpiece 10 is mapped onto the test item 15. The arrangement of the lenses 23 and 24 and the diaphragm 27 ensures that this imaging is done with a very small aperture, so that there is a large depth of field results and differences in position or thickness of the comparison objects no difficulties prepare. In FIG. 5 these relationships are for one point of the masterpiece 10 illustrated. It can be seen from this that the diaphragm 27 acts as an aperture diaphragm for the image acts and that the aperture angle of the imaging beam 28 is still significant is smaller than in FIG. 5 is shown. Because the masterpiece with parallel light is illuminated, but it is achieved that despite the small aperture practically no light is lost because the parallel rays are in the focal point, so are collected in the center of the diaphragm 27. From the bezel thus become practical only scattered or diffracted rays are masked out.

Der Strahlengang wird zwischen den Objektiven 23 und 24 über bildumkehrende Mittel in Gestalt eines Dachkantprismas 29 und einen Planspiegel 31 geleitet. Dadurch wird außerdem erreicht, daß Prüfling 15 und Meisterstück 10 in einer Ebene nebeneinanderliegen können. Zwischen dem Objektiv 24 und dem Prüfling 15 ist ein geneigter teildurchlässiger Spiegel 32 angeordnet, welcher das von dem Prüfling reflektierte Licht über eine Sammellinse 33 auf eine Photozelle 34 leitet. The beam path is reversed between the lenses 23 and 24 Means in the form of a roof prism 29 and a plane mirror 31 passed. Through this it is also achieved that the test item 15 and masterpiece 10 lie next to one another in one plane can. Between the objective 24 and the test object 15 is an inclined, partially transparent one Mirror 32 arranged, which the light reflected from the test object via a Converging lens 33 leads to a photocell 34.

Hinter dem Prüfling 15 sind lichtschluckende Mittel 35 angeordnet. Ebenso sind lichtschluckende Mittel 36 von der Photozelle 34 aus gesehen hinter dem Spiegel 32 angeordnet. Dadurch soll verhindert werden, daß etwa von der Gehäusewandung oder sonstigen Teilen Licht auf die Photozelle geleitet wird. Light-absorbing means 35 are arranged behind the test object 15. Likewise, light-absorbing means 36 are behind as seen from the photocell 34 the mirror 32 arranged. This is to prevent something from the housing wall or other parts of light are directed onto the photocell.

Die Photozelle steuert über einen auf die Frequenz des Unterbrechers 19 abgestimmten Verstärker 37 geeignete Mittel 38, durch welche der Fehler ange- zeigt oder das ungeeignete Stück automatisch ausgeschieden wird. The photocell controls the frequency of the interrupter via a 19 matched amplifier 37 suitable means 38 by which the error is shows or the unsuitable piece is automatically discarded.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Das Meisterstück 10 wird in der beschriebenen Weise auf den Prüfling abgebildet. Die Löcher lt bis 14 erzeugen dort jeweils helle Lichtflecke. Dort, wo auch im Prüfling 15 entsprechende Löcher 12', 13', 1d' vorhanden sind, gehen die abbildenden Strahlen gerade durch die Löcher hindurch und werden von den lichtschluckenden Mitteln absorbiert. Wo aber ein Loch fehlt (11'), erfolgt eine Reflexion an der Oberfläche des Prüflings, das Licht wird durch den teildurchlässigen Spiegel 32 umgelenkt und fällt auf die Photozelle 34. Da mit intermittierendem Licht gearbeitet wird (Lochscheibe 19), liefert die Photozelle ein Wechselstromsignal, welches über den Verstärker 37 die Vorrichtung 38 zum Ansprechen bringt. The mode of operation of the arrangement described is as follows: The masterpiece 10 is mapped onto the test object in the manner described. The holes up to 14 each generate bright spots of light there. There, where also in the test item 15 corresponding Holes 12 ', 13', 1d 'are present, the imaging rays go straight through pass through the holes and are absorbed by the light-absorbing agents. Where but a hole is missing (11 '), there is a reflection on the surface of the test object, the light is deflected by the partially transparent mirror 32 and falls on the Photocell 34. Since intermittent light is used (perforated disc 19), supplies the photocell an alternating current signal, which via the amplifier 37 the Brings device 38 to respond.

Durch Streuung und Beugung könnte nun, wenn man zur gleichen Zeit das gesamte Meisterstück 10 auf den Prüfling abbildet, trotz allem ein gewisser Störpegel von intermittierendem Licht an der Photozelle wirksam werden, in welchem der Einfluß kleiner Löcher unter Umständen untergehen könnte. Um das zu vermeiden, kann vor dem Meisterstück 10 eine Blende 39 langsam rotieren, welche mit Schlitzen 41 (F i g. 4) oder Löchern 42 (F i g. 3) versehen ist, so daß die Vergleichsobjekte 10, 15 strich- oder punktweise abgetastet werden. Gegenüber der jeweils betrachteten Fläche fällt dann der Einfluß selbst kleiner Löcher schon wesentlich stärker ins Gewicht. An die Präzision dieser Blende 39 werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch keine hohen Anforderungen gestellt. By scattering and diffraction could now, if one at the same time depicts the entire masterpiece 10 on the test specimen, despite everything a certain one Noise levels of intermittent light on the photocell take effect in which the influence of small holes could possibly be lost. To avoid that, In front of the masterpiece 10, a diaphragm 39 can slowly rotate, which with slots 41 (FIG. 4) or holes 42 (FIG. 3) is provided so that the comparison objects 10, 15 can be scanned in lines or points. Compared to the respectively considered The influence of even small holes is then much more pronounced on the surface Weight. The precision of this diaphragm 39 in the arrangement according to the invention however, no high demands are made.

Claims

Claim: Photoelectric comparison device for testing the dimensional accuracy of workpieces in which a perforated or Profiled test specimen with the optical image of a reference standard for coverage is brought and in the case of the light reflected from the test object above the test object intercepting photoelectric receiver is arranged, d a -characterized by, that as a comparison standard for the image in the test specimen level as a shadow The workpiece (10) (masterpiece) having nominal dimensions is used and that, in the direction of the Seen in the beam path, light-absorbing elements behind the specimen level (35) are arranged.

Considered publications: German Patent Specifications No. 928 978, 867757, 806606, 628201, 603117; U.S. Patent Nos. 3,003,064, 2,481 310, 2,433,559, 2,415,178, 2,332,308; Company publication 80-2, VnI / 57, FY, »Optical Precision measuring instruments "p. 57/58, from Ernst Leitz GmbH .; Magazine »workshop and Betrieb «, 86th year, 1953, no. 8, pp. 407/408.